Propriedades mecânicas e condutividade elétrica da liga de alumínio 7050

A liga de alumínio 7050 é um tipo de liga Al-Zn-Mg-Cu desenvolvida pela Alcoa Corporation na década de 1970 por meio da regulação do componente da liga de alumínio 7075.

O Zn e o Mg na liga de alumínio 7050 podem formar um forte efeito de envelhecimento da fase MgZn2, que é a principal fase de reforço da liga de alumínio de alta resistência, melhorando significativamente a resistência da liga de alumínio 7050.

O cobre pode reduzir a diferença de potencial entre os limites dos grãos e as regiões intracristalinas, suprimir sua suscetibilidade a rachaduras intergranulares e expandir a faixa de temperatura estável das zonas G.P., tornando a liga menos propensa ao envelhecimento excessivo.

O Zr tem um bom efeito no aumento da temperatura de recristalização e no refinamento do tamanho do grão da liga, e pode manter a estabilidade do Zn, do Mg e do Cu na solução sólida, reduzindo significativamente a sensibilidade de resfriamento da liga de alumínio 7050.

Atualmente, é difícil atingir um nível técnico estável de propriedades do material após o tratamento térmico para o material de liga de alumínio 7050, e frequentemente há casos de condutividade elétrica não compatível na produção real.

A condutividade elétrica não pode ser combinada com os fatores de resistência e sensibilidade à corrosão por estresse.

Portanto, é muito importante descobrir os fatores que influenciam o processo de tratamento térmico na condutividade elétrica e combinar a condutividade elétrica de peças forjadas com outras propriedades.

Materiais e métodos de teste

(1) Neste artigo, foi usado o material quadrado de liga de alumínio 7050, e sua composição química padronizada é mostrada na Tabela 1.

Tabela 1 Composição química (fração de massa, %) da liga de alumínio 7050.

(2) Dimensões do forjamento. As dimensões do forjamento e a espessura efetiva são mostradas na Tabela 2.

Tabela 2 Dimensões do forjamento e espessura efetiva.

(3) O sistema de tratamento térmico é mostrado na Tabela 3. A precisão do equipamento usado no processo de tratamento térmico é de ±3℃.

Tabela 3 Sistema de tratamento térmico da liga de alumínio 7050 T7452.

Para investigar as questões acima, com base na produção, foram projetados quatro conjuntos de planos experimentais. O sistema de tratamento térmico de forjamento A e forjamento B altera a temperatura da solução, enquanto os outros permanecem inalterados; o sistema de tratamento térmico de forjamento B, forjamento C e forjamento D aumenta o tempo de envelhecimento secundário em 2 horas de cada vez, enquanto os outros parâmetros permanecem inalterados.

Resultados experimentais e análise

A influência de quatro sistemas de tratamento térmico na condutividade elétrica de peças forjadas.

A condutividade elétrica da liga de alumínio 7050 é afetada principalmente pelo grau de liga, pela recristalização da matriz e pela precipitação de solutos na solução sólida durante o tratamento da solução e o processo de envelhecimento.

Neste estudo, quatro sistemas de tratamento térmico foram usados para tratar as peças forjadas, e a condutividade elétrica foi medida em cinco pontos para cada peça forjada usando um medidor de condutividade elétrica do tipo corrente de Foucault, conforme mostrado na Tabela 4.

Tabela 4 Condutividade elétrica/(mS/m) de quatro grupos de peças forjadas.

Durante o tratamento da solução de ligas de alumínioQuando a solução é usada, ocorrem dois processos principais, que são a dissolução das fases em excesso e a recristalização da matriz. Esses também são os principais fatores que afetam a condutividade elétrica durante o processo de tratamento da solução.

A dissolução das fases em excesso visa dissolver os átomos de soluto na matriz o máximo possível, formando uma solução sólida supersaturada, preparando a precipitação da fase de reforço durante o processo de envelhecimento.

A liga de alumínio 7050 tem um alto teor de elementos de liga e uma estrutura interna complexa, com vários tipos de fases eutéticas na liga, como T(AlZnMgCu), S(Al2CuMg), η(MgZn2) e Al7Cu2Fe.

De acordo com relatórios da literatura, em uma temperatura de solução de 471°C, parte da fase T derrete parcialmente na matriz, mas ainda há uma pequena quantidade de fase S na matriz; quando a temperatura da solução é de 477°C, a fase S ainda pode ser detectada na liga.

Em uma determinada faixa, o grau de solução sólida das peças forjadas aumenta com o aumento da temperatura da solução.

Quando a temperatura da solução aumenta de 471 ℃ para 477 ℃, a estrutura deformada diminui e a estrutura recristalizada aumenta.

Além disso, quanto mais alta a temperatura da solução, mais rápido aumenta a porcentagem de recristalização da liga, e a influência da recristalização na condutividade elétrica é maior do que a dos átomos de soluto dissolvidos na matriz.

Comparando a condutividade elétrica do forjamento B e do forjamento A, verifica-se que a condutividade elétrica aumenta à medida que a temperatura da solução aumenta de 471°C para 477°C.

Isso ocorre porque quanto mais alta a temperatura da solução, mais rápido aumenta a porcentagem de recristalização da liga e, nesse momento, a influência da recristalização na condutividade elétrica da liga é maior do que a dos átomos de soluto sendo dissolvidos na matriz, resultando em um aumento na condutividade elétrica.

Comparando a condutividade elétrica do forjamento B, do forjamento C e do forjamento D, pode-se constatar que a condutividade elétrica dos forjados aumenta sequencialmente à medida que o tempo de envelhecimento secundário se prolonga.

Isso ocorre porque o tratamento de envelhecimento é um processo fundamental de tratamento térmico que controla as propriedades das peças forjadas.

A sequência de precipitação da liga de alumínio 7050 durante o processo de envelhecimento em dois estágios é: solução sólida supersaturada → zonas G.P. → fase η' → fase η.

Durante o envelhecimento secundário, as zonas G.P. de tamanho maior se transformam na fase η' e, com o prolongamento do tempo de envelhecimento secundário, o conteúdo das zonas G.P. diminui, o conteúdo da fase η' aumenta e, ao mesmo tempo, a resistência diminui e a condutividade elétrica aumenta.

O efeito de quatro sistemas de tratamento térmico nas propriedades de tração de forjados à temperatura ambiente.

As propriedades de tração em temperatura ambiente de grandes peças forjadas de liga de alumínio 7050 processadas por quatro sistemas de tratamento térmico são mostradas na Tabela 5.

Tabela 5 Propriedades de tração em temperatura ambiente do forjamento A, forjamento B, forjamento C e forjamento D.

Comparando os dados de tração em temperatura ambiente do forjamento A e do forjamento B, pode-se constatar que a resistência diminui em cerca de 20 MPa à medida que a temperatura da solução aumenta de 471 ℃ para 477 ℃.

Isso ocorre porque, nessa faixa de temperatura, o efeito da recristalização predomina, e o processo de recristalização não é totalmente um processo de refinamento de grãos.

Como a temperatura de envelhecimento é muito mais baixa do que a temperatura de tratamento da solução, a morfologia e a configuração de deslocamento dos grãos da liga após o tratamento com solução sólida podem mudar pouco durante o processo de envelhecimento.

Portanto, se a porcentagem de recristalização for alta após o tratamento com solução sólida, a densidade de deslocamento no material diminuirá, resultando em uma diminuição da resistência da liga.

Entre eles, o limite de escoamento transversal do forjamento B em uma temperatura de solução de 471°C é muito alto, o que afetará o fator de sensibilidade à corrosão sob tensão do forjamento (limite de escoamento longitudinal - 12 × condutividade elétrica).

Em geral, se a resistência de rendimento transversal for maior que 490 MPa, o fator de sensibilidade à corrosão por tensão não será qualificado.

Comparando os dados de tração em temperatura ambiente do forjamento B, do forjamento C e do forjamento D, pode-se constatar que a resistência dos forjados tende a diminuir à medida que o tempo de envelhecimento secundário se prolonga.

No entanto, a resistência do forjamento D já foi levada ao limite, sem margem, o que facilita a desqualificação. Durante o processo de envelhecimento secundário, o conteúdo das zonas G.P. maiores do que o tamanho crítico aumenta, formando assim a fase η', e a liga é envelhecida em excesso, resultando em uma diminuição da resistência da liga.

A relação entre a condutividade elétrica do forjamento, a resistência e o fator de sensibilidade à corrosão sob tensão.

Como a condutividade elétrica tem a vantagem de ser um teste rápido, não destrutivo e de fácil medição, ela pode ser usada para estimar algumas propriedades mecânicas da liga na produção real.

Ao resumir os dados de desempenho de processos de produção anteriores, os dados de desempenho de resistência correspondentes à faixa de condutividade elétrica estão resumidos na Tabela 6.

Tabela 6 Resumo dos dados de resistência e condutividade elétrica.

A Tabela 6 mostra que há uma relação de correspondência entre a condutividade, a resistência e o desempenho do fator de sensibilidade à corrosão sob tensão.

Para peças forjadas com requisitos de alta resistência, a condutividade das peças forjadas pode ser controlada na faixa de 22,5 a 24,5 mS/m.

Para peças forjadas com requisitos de fator de corrosão sob tensão, a condutividade deve ser controlada dentro da faixa de 22,5 a 23,5 mS/m. Tanto a resistência quanto os fatores de corrosão sob tensão das peças forjadas podem atender aos requisitos padrão.

Com o prolongamento do tempo de envelhecimento do segundo estágio na liga de alumínio 7050, a fase de equilíbrio η (MgZn2) precipitada no grão se torna mais uniforme, e a fase de precipitação no limite do grão se torna descontínua e grosseira.

A corrosão eletroquímica causada pela diferença de potencial entre o limite do grão e a matriz é reduzida, melhorando, assim, o desempenho de corrosão antipeeling da liga de alumínio 7050.

À medida que o tempo de envelhecimento do segundo estágio aumenta, a condutividade também aumenta. Portanto, na produção diária, a condutividade ligeiramente mais alta pode ser controlada para atender ao melhor desempenho de corrosão antipeeling das peças forjadas e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos de resistência.

Embora a correlação entre os condutividade do alumínio e algumas de suas propriedades mecânicas foram descobertas, mas ainda não está claro qual é a conexão intrínseca de algumas dessas correlações.

Portanto, ainda é necessária uma grande quantidade de dados reais de produção para analisar e resumir.

Conclusão

⑴ Quando a temperatura da solução aumenta de 471°C para 477°C, a resistência das peças forjadas diminui e a condutividade aumenta.

⑵ Com o prolongamento do tempo de envelhecimento do segundo estágio, a resistência dos forjados diminui, a condutividade aumenta e o desempenho anticorrosão por casca melhora.

⑶ Quando a condutividade é controlada dentro da faixa de 22,5 a 23,5 mS/m, os requisitos de resistência e os fatores sensíveis à corrosão sob tensão das peças forjadas podem ser atendidos simultaneamente.

⑷ Na produção real, as propriedades mecânicas das peças forjadas podem ser inferidas por sua condutividade.